双作用平衡叶片泵成为小型高效流体传动中心（CCEFP）研究液压机械变速器样机的关键
现任明尼苏达大学小型高效流体传动中心（CCEFP）的产业联络官Michael Gust，花了20多年时间致力于液压行业各种工程应用。在这期间里，他发现有一些创新性产品从未被推向市场。Gust说，简单来讲，这些创新性产品仅仅代表了比现有解决方法更好或更有效的技术，并不意味着会被市场所接纳。
Gust说：“我曾经有过一些好的想法，不过主要考虑到成本因素，所以未将其商业化，仅限于实验室研究。”
Gust表示，液压机械无级变速器（Hydromechanical Transmission，HMT）就是一个众所周知的例子。
压控液压变速器具有离合特征。每个叶片都对应一个引脚来驱动一个球阀。对这些引脚提供先导压力，叶片就会完成回缩动作，输入轴与输出轴的传动特性具有离合特性。上图所示为叶片结构，下图从左到右分别表示待机状态和传输状态。
液压机械变速器通过流体的速度差（即行星环和连接到液压传动系统输出轴的变排量马达之间的流体速度差）实现变速功能。该变速器不包含任何外部壳体。 他说：“HMT已经存在很长一段时间了——它们通常被应用在高端车上。在该领域，HMT的耐用性已得到了验证。但对我而言，最大的障碍之一就是它们昂贵的价格。”
作为静液压无极变速器（HST）和机械式变速器的混合体，HMT的设计目的是通过一种更有效的方式实现HST的动力连续变速传输。HMT在集成了液压传动的无级变速性能的同时，又保持了机械变速的高效率。传统的HMT通常要结合行星齿轮组来作为功率分流机构。虽然与HST相比，HMT更有效，但是通常其体积也更大，所含组件也更多、更复杂，因此成本更高。
Gust表示，下个月CCEFP将会推出下一个为期两年的研究项目，届时将会研究一款新颖的、紧凑型且高效的压力控制HMT，不仅可适用于公路和非公路车辆，还可推广到中型、甚至大型风力涡轮机中。此新款变速器预期会和传统的采用行星齿轮的HMT一样有效，但是结构更紧凑，价格更实惠。
Gust表示，澳大利亚Mathers Hydraulics公司可提供样机试制。该公司已经掌握了一些基本技术，因此新款HMT研发可在此基础上展开。例如，具有伸缩叶片的叶片泵。旋转组件是此新型HMT的设计核心，它类似于传统的叶片泵，不过增加了一个旋转环装置。通过将旋转环及其附属面板耦合在输出轴上，从而为动力的传输提供机械路径。
Gust认为，可将环组、输入轴以及转子之间的转速差所产生的液流，作为静压动力的传动路径。如果该液流进入到与旋转环输出轴所耦合的变量液压马达内部，则整个装置相当于是一台液压机械变速器。最终便得到了一台结构紧凑的变速器。
Gust说：“成本是由体积和重量决定的。当结构包含了一个独立的泵，独立的马达，常规的变速箱，一对输入或输出耦合器时，就会变得复杂——部件数量和重量都会增加。”
“令我感到兴奋的是，这项技术很可能在保持HMT特性的同时，还会使产品的价格与竞争对手的价格不相上下。”
由于核心技术起源于双作用平衡叶片泵（轴每旋转一圈，进、出油两次），因此叶片泵的噪音低、耐久性好的优点同样得到了传承。由于两个进油腔和两个出油腔是关于转子和环组对称布置的，因此转子轴不会承受不平衡力的作用，进而延长了寿命。
Gust指出，类似地，过渡平滑的内环轮廓线使得液流平稳，降低了整体的噪声。他补充道，叶片泵的另外一个优点是具有很高的位移密度，即功率密度高。
Gust说：“液能可以通过流量或压力进行传递。如果使用叶片泵，最大可以得到3500到4000磅/平方英寸的压力。该压力低于柱塞泵的压力，但这对于某些方面而言并不是个缺点。”
“如果压力过高，将会引起很多问题。因此我认为，如果要求系统具有良好的耐久性和寿命，3500磅/平方英寸的系统压力是无可厚非的。该系统仍有可能在6英寸的直径下输出超过100马力的功率。”
“从理论角度讲，最大功率可以达到兆瓦级别。唯一的速度限制是环和转子之间的转速差，整个耦合系统能够以不超过最大转速差的任意速度旋转。”
Gust接着补充道，另一个潜在的优点是它具有闭锁功能，可以在必要的情况下将变速器作为直接驱动轴进行工作。因为不需要额外的离合器来断开或接续发动机动力，所以伸缩叶片的开闭离合器功能是有益的，尤其是应用在混合动力车辆上时。上述特性使得压控HMT在混合动力车辆上的应用前景广阔。
他说：“这就给系统工程师优化发动机工作特性提供了更多的可控选项。”
“该系统可以让发动机在相对恒定的转速下工作，以提高发动机的燃油效率。”
他说：“另一件让我感到兴奋的是，为什么不在此放置一块蓄电池将其变为混合动力？有太多需要研究的内容了，但是我的直觉告诉我，遵循这一想法有望开发出一款更小型的混合动力车。”
CCEFP项目的研究目标包含将HMT应用于福特F-150卡车中，不过其应用前景不可估量。Gust说：“此技术的潜力着实令我激动，我已经迫不及待着手研究了。”
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